[发明专利]一种单管半导体激光器合束结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种单管半导体激光器合束结构。

背景技术

由于单管半导体激光器具有高光束质量，散热特性好，寿命长等优点，因此采用单管合束技术制成的光纤耦合模块在激光医疗、光纤激光器泵浦、激光监控、激光加工等方面都有着广泛的应用。但是由于单管半导体激光器的功率输出较低，为了能够提高光纤耦合模块的输出功率以满足单管半导体激光器技术应用，一些研究机构已经采取一些单管合束技术，如（100-W, 105-μm, 0.15NA Fiber Coupled Laser Diode Module，Scott R. Karlsen, R. Kirk Price, Proc. of SPIE Vol. 7198 71980T-1），这是国际上单管半导体激光器合束主要采用的技术。固定在阶梯热沉的每一级上的激光器在快轴方向叠加成组合光束，将两个组合光束单元通过偏振合束技术进行偏振合束。由于偏振态的限制，只能将一个P偏振的组合光束单元与一个S偏振的组合光束单元进行合束，这样就限制了合束单元的数量以及光纤耦合模块的输出功率。

发明内容

本发明要解决现有单管合束技术中偏振合束方法对合束单元数量的限制问题，提供一种没有合束单元数量限制的单管半导体激光器合束结构。

为了解决上述技术问题，本发明的单管半导体激光器合束结构的技术方案具体如下：

一种单管半导体激光器合束结构，包括多个同一波长的单管半导体激光器；每个所述单管半导体激光器固定在过渡热沉上，所述过渡热沉固定在阶梯热沉上；多个阶梯热沉在同一平面内呈弧形排放，每个阶梯热沉上固定的多个单管半导体激光器可发出一列方向相同的组合光束；多列组合光束经过不同倾角入射到衍射光栅上，光斑在衍射光栅上发生重叠，然后以相同的衍射角衍射至外腔镜；每列组合光束被外腔镜反馈后沿原光路返回，使每个单管半导体激光器收到自身的输出反馈；经过输出反馈的多列组合光束经过衍射光栅后合成为一束，通过聚焦镜耦合进入多模光纤。

在上述技术方案中，每个所述的单管半导体激光器前腔面镀有透过率在99%以上的增透膜。

在上述技术方案中，每个所述单管半导体激光器前还分别安装有用来减小激光器快慢轴的发散角的快轴准直镜和慢轴准直镜。

在上述技术方案中，所述快轴准直镜为柱面微透镜或球面微透镜；所述慢轴准直镜为柱面微透镜或球面微透镜。

在上述技术方案中，每个所述阶梯热沉上单管半导体激光器的数目为至少两个。

在上述技术方案中，所述衍射光栅为透射型衍射光栅或者反射型衍射光栅。

在上述技术方案中，所述外腔镜为具有一定反射率的平行平板，反射率值为从1%到50%。

在上述技术方案中，所述外腔镜的摆放方向与衍射光束的方向严格垂直。

在上述技术方案中，所述聚焦镜采用球面透镜、非球面透镜或者两个分离的柱面镜。

在上述技术方案中，所述单管半导体激光器的波长从400nm～2000nm。

在上述技术方案中，所述多模光纤的纤芯直径范围为50μm～1000μm，数值孔径范围为0.1到0.3，光功率输出为1W～1000W。

本发明的单管半导体激光器合束结构，其具有以下的优点：

本发明的单管半导体激光器合束结构将多个单管半导体激光器空间合束后的组合光束，利用衍射光栅实现外腔合束，并以单个阶梯单元上激光器的组合光束的光束质量进行输出，合束后还可以通过偏振合束进一步合束，解决了只采用空间合束和偏振合束中合束单元数量的限制，耦合进光纤后输出功率相对于只采用空间合束和偏振合束技术制成的光纤耦合模块有大幅度的提高。

本发明的单管半导体激光器合束结构中，阶梯热沉上激光器的数量可根据需要的激光总功率和单个激光器的功率、机械尺寸、散热条件确定，十分灵活；参与合束的单元的数量取决于激光器的增益谱宽和衍射光栅的衍射能力以及衍射光栅的损伤阈值。

附图说明

图1是本发明的单管半导体激光器合束结构的一种具体实施方式的结构示意图，其中衍射光栅为反射型衍射光栅；

图2是本发明的单管半导体激光器合束结构的另外一种具体实施方式的结构示意图，其中衍射光栅为透射型衍射光栅；

图3是图1所示的具体实施方式中的一个阶梯单元的立体结构示意图；

图4是图1所示的具体实施方式中的一个阶梯单元的侧向光路图；

图5是图1所示的具体实施方式中的多个阶梯单元上的组合光束通过衍射光栅合束后的光斑示意图。